水処理方法及び水処理システム
【課題】不純物として少なくとも溶解性マンガンを含むｐＨ中性領域の水から塩素系酸化剤を用いて該マンガンを除去するにあたり、高い除去率でマンガンを除去することができる水処理方法及び水処理システムを提供する。
【解決手段】マンガンが完全に酸化されない程度で被処理水の１次塩素酸化を行う二酸化塩素、非溶解性成分を凝集させるポリ鉄を含む凝集剤を添加し、前記１次塩素酸化及び凝集により生成された非溶解性成分を分離する。その後、マンガンが完全に酸化される程度の２次塩素酸化を行う二酸化塩素と、マンガン系濾過材を活性化保護するための次亜塩素酸塩を併用添加し、被処理水を第１の濾過材に通水して２次塩素酸化により生成された非溶解性成分を分離した後、マンガン系濾過材を含む第２の濾過材に通水して溶存マンガンを接触酸化分離する。
【解決手段】マンガンが完全に酸化されない程度で被処理水の１次塩素酸化を行う二酸化塩素、非溶解性成分を凝集させるポリ鉄を含む凝集剤を添加し、前記１次塩素酸化及び凝集により生成された非溶解性成分を分離する。その後、マンガンが完全に酸化される程度の２次塩素酸化を行う二酸化塩素と、マンガン系濾過材を活性化保護するための次亜塩素酸塩を併用添加し、被処理水を第１の濾過材に通水して２次塩素酸化により生成された非溶解性成分を分離した後、マンガン系濾過材を含む第２の濾過材に通水して溶存マンガンを接触酸化分離する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水処理方法及び水処理システムに関し、特に、不純物として少なくとも溶解性マンガンを含むｐＨ中性領域の水から前記マンガンを除去する水処理方法及び水処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、水中に溶解している金属等の不純物を除去する手法として、酸化剤による金属等の不溶化現象を応用した酸化凝析法、アルカリ剤でｐＨを上昇させることによる難溶化現象を応用したアルカリ凝析法が知られている。
【０００３】
ｐＨが中性領域であって、金属不純物として典型的な鉄を含む水の場合、２価の鉄イオンは中性付近で水に溶解するが、酸化剤による酸化作用で比較的速やかに３価の鉄（例えば、Ｆｅ２Ｏ３）となって不溶化する。さらに、塩素系の酸化剤を使用すれば、ｐＨの影響を殆ど受けることなく、強力な酸化作用を鉄イオンに働かせることができる。そのため、鉄を除去する際には、酸化凝析法を採用するのが一般的である。
【０００４】
しかし、金属不純物としてさらにマンガンを含む場合、マンガンも酸化されて不溶化する特性があるので理論上は酸化凝析法で除去することが可能である。しかしながら、鉄に比べてマンガンはｐＨ中性領域で酸化され難いため、上記酸化凝析法のみでは充分にマンガンを除去できないのが実情である。その対応策の一つとして、除マンガン用の濾過材による接触酸化現象を利用した除マンガン方法が検討され、報告されている（例えば、特許文献１〜４）。
【０００５】
これら文献１〜４には、酸化マンガンを担持、或いはコーティングさせた除マンガン用の濾過材を用い、予め塩素系酸化剤を添加した被処理水を前記濾過材に通水することによって、マンガンを接触酸化分離することが開示されている。塩素系酸化剤としては、次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ），二酸化塩素（ＣｌＯ２），塩素（Ｃｌ２）などが記載されている（特に、文献３参照）。
【０００６】
上記文献のうち、文献２〜４には、溶解性マンガン及び典型的な不純物である鉄を含む被処理水から、除マンガン及び除鉄を行う装置及びその方法が開示されている。
【０００７】
文献２には、塩素系酸化剤を添加して鉄を酸化析出させ、さらに余剰の酸化剤を利用してマンガン砂による接触酸化を行ってマンガンを析出させ、析出した鉄及びマンガンを分離膜で濾過して除去することが記載されている。しかし、文献２の方法では、析出した不溶性の鉄（特に、水酸化鉄）がマンガン砂を通過する際に付着して短時間で通水抵抗を増加させる要因となる。
【０００８】
そのためか、文献３には、塩素系酸化剤を用いてマンガンを除去する場合において、鉄や濁質が被処理水に含まれている場合には、前段に酸化処理を含む凝集沈殿処理または加圧浮上処理が必要になることが指摘されている。また文献４は、空気酸化によって鉄を酸化させて濾過分離する手段を、前段に設けることが記載されている。
【０００９】
文献３の記載に基づいて、酸化処理を含む加圧浮上分離装置を追加した場合の水処理システム１の構成は、図２のようになる。すなわち、例えば、鉄，マンガン及び濁質を含む被処理水に対して塩素系酸化剤と凝集剤を添加して撹拌する凝集槽１０と、凝集によってフロック化させた不溶性成分を分離する加圧浮上分離装置１１と、余剰の酸化剤を利用してマンガン砂１２による接触酸化を行う濾過装置１３を備えた構成となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特公平３−３６５９３号公報
【特許文献２】特開２００３−２２０３９４号公報（図１，段落0004）
【特許文献３】特開２００７−７５７８０号公報（段落0004−0006，0020）
【特許文献４】特許第３８１４２６３号公報（請求項１，段落0018）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、ｐＨが中性領域（本明細書では、ｐＨが５．０〜６．５の範囲を「ｐＨ中性領域」と称す）の被処理水である場合、かかるｐＨ領域では接触酸化効果が低く、図２に示すようなマンガン砂による接触酸化法では、十分にマンガンを除去することができないのが実情である。
【００１２】
例えば水処理として典型的な排水処理の場合、処理後の水は河川等に放流等することから、規定の水質基準を満たす程度に無害化できていればよかった。この視点でみれば、従来の方法でも十分にマンガンを除去できたと言える。しかしながら近年においては、ＩＳＯ１４０００に代表される環境アセスメントが推進されており、これまでにない高い除去率を達成しなければ、十分に除去できたとは言えなくなってきている。将来において変わるかもしれないが、現状では０．０１ｍｇ／ｌ以下のレベルにまでマンガンを除去することが望まれている。
【００１３】
また、塩素系酸化剤として典型的な次亜塩素酸ナトリウムを用いた場合、被処理水にアンモニアが含まれていると該アンモニアの分解に次亜塩素酸ナトリウムが消費されるので、高濃度の添加によって薬剤のコスト負担ばかりでなく後段の設備等に障害が生じ、且つ産業廃棄物の処分量が増加することが懸念される。
【００１４】
本発明が解決しようとする課題は、上述の問題が一例として挙げられる。すなわち、本発明は、かかる事情に基づいてなされたものであり、その目的は、不純物として少なくとも溶解性マンガンを含むｐＨ中性領域の水から塩素系酸化剤を用いて該マンガンを除去するにあたり、高い除去率でマンガンを除去することのできる水処理方法及び水処理システムを提供することにある。かかるマンガンの除去率としては、例えば０．０１ｍｇ／ｌ以下のレベルにまで除去することが一例として挙げられる。
【００１５】
また、本発明の他の目的は、高い除去率でマンガンを除去するのみならず、例えば不純物として典型的な鉄や濁質を含む場合であっても、マンガン除去効率に影響を与えることなくこれらも除去可能な水処理方法及び水処理システムを提供することにある。
【００１６】
さらに、本発明の他の目的は、薬剤の使用量を抑えることによって、薬剤コストの低減を図ること、および被処理水中の塩素濃度を低減することで、後段設備の腐食を抑制すると共に産業廃棄物量の削減を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の水処理方法は、不純物として少なくとも溶解性マンガンを含有する、ｐＨ中性領域の水を処理する方法において、マンガンが完全に酸化されない程度で被処理水の１次塩素酸化を行う二酸化塩素を添加する工程と、前記被処理水中の非溶解性成分を凝集させるポリ鉄を含む凝集剤を添加する工程と、前記１次塩素酸化及び凝集により生成された非溶解性成分を分離する工程と、前記分離工程の後、マンガンが完全に酸化される程度の２次塩素酸化を行う二酸化塩素と、マンガン系濾過材を活性化保護するための次亜塩素酸塩と、を被処理水に併用添加する工程と、被処理水を第１の濾過材に通水して２次塩素酸化により生成された非溶解性成分を分離した後、マンガン系濾過材を含む第２の濾過材に通水して溶存マンガンを接触酸化分離する工程と、を有することを特徴とする。
【００１８】
すなわち、文献１−４等に開示されているような塩素系酸化剤を用いた従来の除マンガン方法では、添加する塩素酸化剤は一種である。文献３には塩素系酸化剤として次亜塩素酸ナトリウム，二酸化塩素，塩素が例示列挙されているが、添加するのはその中の一種であり、次亜塩素酸ナトリウムが好ましく選択される。これに対し本発明は、二酸化塩素と次亜塩素酸ナトリウムを併用添加して除マンガンを行う新規な技術である。具体的には、酸化力の強い二酸化塩素によりマンガンの凝析を促進させると共に、マンガン系濾過材の活性化保護をする次亜塩素酸塩を併用添加し、２次塩素酸化により生成されたマンガンの非溶解性成分を濾過分離すると共に溶存マンガンを接触酸化分離することにより、ｐＨ中性領域の水であっても高い除去率でマンガンを除去することを可能にしている。
【００１９】
併用添加する二酸化塩素は、マンガンが完全に酸化される程度の塩素酸化が行われるように添加量を制御する。このとき、発明の効果を確実に得るためには、併用添加する二酸化塩素の添加量が０．１ｍｇ／ｌ〜０．５ｍｇ／ｌであり、次亜塩素酸塩の添加量が１ｍｇ／ｌ〜５ｍｇ／ｌであることが好ましい。
【００２０】
さらに、二酸化塩素を２段階で添加する構成とし、１段目の１次塩素酸化では、マンガンが完全に酸化されない程度の塩素酸化を行うように二酸化塩素の添加量を制御する。さらに１次塩素酸化と同時（直前も含む）またはその後で凝集剤を添加し、１次塩素酸化と凝集によって生成される不溶解性成分を、例えば加圧浮上分離装置等を用いて分離する。マンガンが完全に酸化されない程度の塩素酸化を行う二酸化塩素の添加量は、例えば０．１〜０．５ｍｇ／ｌとなるように制御することが好ましい。このような工程を含むことによって、高い除去率でマンガンを除去するのみならず、不純物として典型的な鉄及び／又は濁質を含む場合であってもこれらを高い除去率で除去することができる。
【００２１】
二酸化塩素と次亜塩素酸塩を併用添加する方式においては、前記マンガン系濾過材は、粒子状の基材に二酸化マンガン（ＭｎＯ２）の結晶を担持させた濾過材であることが好ましく、さらに下記に示す特性を有していることが好ましい。
【表１】
【００２２】
また、本発明の水処理システムは、不純物として少なくとも溶解性マンガンを含有する、ｐＨ中性領域の水を処理する水処理システムにおいて、マンガンが完全に酸化されない程度で被処理水の１次塩素酸化を行う二酸化塩素を添加する手段と、被処理水中の非溶解性成分を凝集させるためのポリ鉄を含む凝集剤を添加する手段と、前記１次塩素酸化及び凝集により生成された非溶解性成分を分離するための加圧浮上分離装置と、前記加圧浮上分離装置で処理された後の被処理水に対して、マンガンが完全に酸化される程度の２次塩素酸化を行う二酸化塩素と、マンガン系濾過材を活性化保護するための次亜塩素酸塩と、を併用添加する手段と、前記２次塩素酸化により生成された非溶解性成分を分離するための第１の濾過材と、溶存マンガンを接触酸化分離するためのマンガン系濾過材を含む第２の濾過材を有する濾過装置と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、二酸化塩素と次亜塩素酸塩を併用添加し、第１の濾過材に通水して２次塩素酸化により生成された非溶解性成分を分離した後、マンガン系濾過材を含む第２の濾過材に通水して溶存マンガンを接触酸化分離することにより、ｐＨ中性領域の水であっても、高い除去率で溶解性マンガンを除去することが可能となる。その結果、後段の高度処理設備（例えば、膜分離装置等）の負担を軽減することが可能となる。特に、請求項１に記載した一連の工程を行うようにすれば、高い除去率でマンガンを除去することができ、しかも不純物として典型的な鉄及び／又は濁質も除去することが可能である。
【００２４】
さらに本発明の併用添加によれば、酸化力の強い二酸化塩素によって可能な限り溶解性マンガンを酸化凝析させて濾過分離することができるので、接触酸化に使用する次亜塩素酸塩の添加量を抑制することができる。その結果、薬剤コストを低減することができ、さらに、被処理中の塩素イオン濃度が低減されるので後段の設備（例えば、分離膜装置、エバポレーター等）の腐食を防止することができ、また産業廃棄物量の低減を図ることができる。
【００２５】
特に、２段階で二酸化塩素を添加する方式とし、１次塩素酸化過程で濁質の酸化を行ってこれを分離する工程を含むようにすれば、より確実に次亜塩素酸塩の添加量を抑制することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の好ましい実施形態に従う水処理システムの主要構成を示す図である。
【図２】従来の水処理システムの主要構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の好ましい水処理方法および水処理システムについて、添付図面を参照しながら詳しく説明する。但し、以下に説明する実施形態によって、本発明の技術的範囲は何ら限定解釈されることはない。
【００２８】
図１は、本発明の好ましい実施形態にかかる水処理システムの主要構成を示す図である。このシステムは、例えば排水処理システムとして使用可能であり、例えば溶解性マンガンに加えて、不純物として典型的な溶解性鉄及び／又は濁質を含む工場排水を処理対象とすることができる。勿論、被処理水は工場排水に限定されることはなく、不純物として少なくとも溶解性マンガンを含むｐＨ中性領域の水であれば、全て適用することが可能である。さらに、溶解性マンガンは被処理水に元々含まれている場合のみだけでなく、例えば処理過程で添加する薬剤から混入する場合（すなわち、薬剤が不純物としてマンガンを含む場合）もある。
【００２９】
図１に示す本実施形態の水処理システム２は、生物処理装置３、凝集装置４、加圧浮上分離装置５、濾過装置６を備えている。生物処理装置３及び加圧浮上分離装置５は、従来より排水処理に用いられている装置を使用することができる。これら装置は、従来より排水処理システムにおいて広く採用されている装置であるので内部構造等の詳しい説明は省略する。
【００３０】
凝集装置４は、図１に示すように、撹拌手段４１を具備した撹拌槽４２を使用することができる。撹拌手段４１としては、駆動機によって撹拌羽根が回動する撹拌機が一例として挙げられる。さらに、凝集装置４は、被処理水を１次塩素酸化するための二酸化塩素を添加する手段４３と、被処理水中の不溶性成分を１次凝集するための凝集剤を添加する手段４４を付帯的に備えている。これら添加手段４３，４４は、供給源（不図示）と連通する流路（例えば、配管等）を通じて二酸化塩素及び凝集剤を凝集槽４２内に供給するように構成されており、添加量を調節する手段（例えば、バルブ等）を備えている。なお、撹拌手段４１および撹拌槽４２に代えて、ラインミキサーなどの公知の撹拌手段によって凝集装置を構成することも可能である。
【００３１】
本実施形態において、１次塩素酸化は、マンガンが完全に酸化されない程度で被処理水の塩素酸化が行われるように二酸化塩素を添加する。ここで、「マンガンが完全に酸化されない程度で１次塩素酸化する」とは、好ましくは、マンガン酸化による原水色度の変化が起きない程度であることを意味するものと理解される。より具体的には、被処理水１リットルあたりの二酸化塩素の量（ｍｇ）が、０．１〜０．５ｍｇ／ｌとなるように添加するのが好ましい。なお、二酸化塩素は、例えば水溶液の状態で添加してもよく、あるいは気体状態で添加するようにしてもよい。
【００３２】
また、凝集剤としては、ポリ鉄（化学名；ポリ硫酸第二鉄）を添加することが挙げられる。但し、ポリ鉄のみに制限されることはなく、ＰＡＣ（化学名；ポリ塩化アルミニム）、硫酸バンド（化学名；硫酸アルミニウム）などの無機凝集剤、ポリアクリルアミド系の有機凝集剤、などの１種以上を添加することもできる。
【００３３】
なお、凝集剤は、主として１次塩素酸化による被処理水中の濁質（例えば、有機汚濁物質）を凝集させる役割があり、これを分離除去することによって、被処理水の不純物として含有するＴＯＣ（Total Organic Carbon：全有機炭素）を下げることができる。従って、凝集剤は、二酸化塩素と同時（直前も含む）あるいはその後で添加されることが好ましい。
【００３４】
続いて濾過装置６について説明する。濾過装置６は、被処理水中の非溶解性成分を濾過分離する濾過材６１、被処理水中のマンガンを接触酸化分離するマンガン系濾過材６２、及び濾過砂利６３が積層された濾過層を有する。このとき、濾過材６１、マンガン系濾過材６２、濾過砂利６３の順に通過するように、被処理水を通水する。通水方式は、重力式であってもよく、またはポンプ等による加圧式であってもよい。
【００３５】
濾過材６１は、マンガン系濾過材６２で溶存マンガンを接触酸化する前に、非溶解性成分を濾過分離するための濾過層を形成している。ここで濾過分離しようとする非溶解性成分は２次塩素酸化により生成される鉄，マンガンの非溶解性成分であるが、加圧浮上分離装置５で除去しきれなかった非溶解性成分もここで濾過分離することができる。そのような濾過材６１としては、アンスラサイトが好ましい一例として挙げられる。また濾過砂利６３は、濾過材及びマンガン系濾過材の支持層となるものであり、また、逆洗を均等に行うための役割を有する。但し、濾過砂利６３は、複数の通水孔を有する支持部材で代替することも可能である。さらに、濾過材６１及び濾過砂利６３は、公知のものを使用することができる。
【００３６】
濾過装置６は、被処理水を２次塩素酸化するための二酸化塩素を添加する手段６４と、マンガン系濾過材６２を活性化保護するための次亜塩素酸塩を添加する手段６５と、被処理水中に残存する不溶性成分を２次凝縮するための凝集剤を添加する手段６６と、を付帯的に備えている。これら添加手段６４，６５，６６は、供給源（不図示）と連通する流路（例えば、配管等）を通じて二酸化塩素及び次亜塩素酸塩並びに凝集剤を被処理水に添加するように構成されており、添加量を調節する手段（例えば、バルブ等）を備えている。図１には、好ましい例として、加圧浮上分離装置５と濾過装置６を連結する被処理水の流路（例えば、配管）にこれらを供給する構成を示してある。但し、供給場所は、図１に示す位置に限定されることはない。
【００３７】
本実施形態において、２次塩素酸化は、マンガンが完全に酸化される程度で被処理水の塩素酸化が行われるように二酸化塩素を添加する。ここで、「マンガンが完全に酸化される程度で２次塩素酸化する」とは、好ましくは、被処理水中のマンガン濃度が０．０１ｍｇ／ｌ以下であることを意味するものと理解される。より具体的には、被処理水１リットルあたりの二酸化塩素の量（ｍｇ）が、０．１〜０．５ｍｇ／ｌとなるように添加するのが好ましい。二酸化塩素は、例えば水溶液の状態で添加してもよく、あるいは気体状態で添加するようにしてもよい。
【００３８】
マンガン系濾過材６２を活性化保護するための次亜塩素酸塩の添加量は、使用するマンガン系濾過材６２の特性によって最適量は変わるので、その特性に応じて適宜調節するのが好ましい。一例として、後述の特性を有する本実施形態のマンガン系濾過材６２の場合、好ましい添加量は、好ましくは１〜５ｍｇ／ｌ、さらに好ましくは２〜４ｍｇ／ｌである。また、次亜塩素酸塩としては、次亜塩素酸ナトリウムが好ましいが、次亜塩素酸カリウムなどの他の塩を使用することも可能である。次亜塩素酸塩は、例えば水溶液の状態で添加することができる。
【００３９】
２次凝集に用いる凝集剤としては、ポリ鉄（化学名；ポリ硫酸第二鉄）を添加することが挙げられる。但し、ポリ鉄のみに制限されることはなく、ＰＡＣ（化学名；ポリ塩化アルミニム）、硫酸バンド（化学名；硫酸アルミニウム）などの無機凝集剤、ポリアクリルアミド系の有機凝集剤、などの１種以上を添加することもできる。１次凝集と２次凝集に用いる凝集剤は、同種であってもよく、異種であってもよい。
【００４０】
マンガン系濾過材６２としては、粒子状の基材に二酸化マンガン（ＭｎＯ２）の結晶を担持させた濾過材を使用する。本実施形態のように二酸化塩素と次亜塩素酸塩を併用添加する場合、マンガン系濾過材６２が下記に示す特性を有していることが好ましい。
【表２】
【００４１】
なお２次凝集剤は、主として２次塩素酸化によって凝析される鉄，マンガンの非溶解性成分を凝集してフロック化する役割があることから、２次塩素酸化用の二酸化塩素と同時（直前も含む）あるいはその後で添加されることが好ましい。さらに、撹拌性を向上させるためにラインミキサーなどの撹拌手段を追加することも可能である。
【００４２】
上述のような水処理システム２を用いて、被処理水を処理する手順について説明する。例えば工場排水の場合、生物処理後の特性としては、一例としてｐＨが５．０〜６．５の中性領域であり、マンガン濃度が１．０〜２．０ｍｇ／ｌであり、鉄濃度が０．５〜１．５ｍｇ／ｌであり、濁度が４．０〜１０．０度が挙げられる。
【００４３】
前述の被処理水に対して、凝集装置４で二酸化塩素と凝集剤を規定量添加して一次塩素酸化と１次凝集を行う。これにより、濁質中の有機物を塩素酸化する。さらに、被処理中に元々含まれていた非溶解性成分及び１次塩素酸化によって生成された非溶解性成分を凝集してフロック化する。
【００４４】
続いて、被処理水を加圧浮上分離装置５に供給するが、このとき空気等の気体を加圧溶解させた加圧水と共に装置内に供給する。そして装置内で加圧状態を解除することによって気泡を発生させ、この気泡のリフト作用を利用してフロックを浮上させる。浮上したフロックは、スカム分離手段５１によって掻き集めて除去する。一方、フロックが分離された被処理水は、装置から排出される。
【００４５】
続いて、濾過装置６へ供給する前に、二酸化塩素及び次亜塩素酸塩並びに凝集剤を規定量添加して２次塩素酸化と２次凝集を行う。これにより、マンガンをできる限り酸化凝析して非溶解性成分（例えば、ＭｎＯ２）とし、さらに加圧浮上分離装置５で除去しきれなかった非溶解性成分及び２次塩素酸化によって生成された非溶解性成分を凝集してフロック化する。
【００４６】
濾過装置６内では、まず濾過材６１を通過することで非溶解性成分が濾過分離され、次いでマンガン系濾過材６２を通過する際に添加した次亜塩素酸塩を消費しながら溶存マンガンが接触酸化されて濾過分離される。そして濾過砂利６３を通過して装置外に排出される。濾過工程を経た処理水は、マンガン濃度が０．０１〜０．００１ｍｇ／ｌであり、鉄濃度が０．１〜０．０１ｍｇ／ｌであり、濁質が０．１〜０．００度にまで浄化される。処理水は、さらに後段の高度処理設備（例えばＲＯ膜分離装置など）に送られて処理される。また、定期的に濾過装置６を逆洗するときの洗浄水としても使用される。
【００４７】
上述の実施形態によれば、２次塩素酸化させるための二酸化塩素と濾材を活性化保護するための次亜塩素酸塩を併用添加し、濾過材６１とマンガン系濾過材６２を有する濾過装置６に通水することにより、ｐＨ中性領域の水であっても、高い除去率で溶解性マンガンを除去することが可能となる。その結果、後段の高度処理設備の負担を軽減することが可能となる。特に、二酸化塩素による１次塩素酸化で生成させた非溶解性成分を加圧浮上分離装置５で粗除去するようにすれば、濁質を高い除去率で除去することが可能である。
【００４８】
さらに上述の実施形態によれば、酸化力の強い二酸化塩素によって可能な限り溶解性マンガンを酸化凝析させて濾過分離することができるので、接触酸化に使用する次亜塩素酸塩の添加量を、従来に比べて低減させることができる。その結果、薬剤コストを低減することができ、さらに、被処理中の塩素イオン濃度が低減されるので後段の設備（例えば、分離膜装置、エバポレーター等）の腐食を防止することができ、また産業廃棄物量の低減を図ることができる。特に、２段階で二酸化塩素を添加する方式とし、１次塩素酸化過程で濁質の酸化を行ってこれを加圧浮上分離装置等で除去する工程を含むようにすれば、より確実に次亜塩素酸塩の添加量を抑制することが可能である。
【実施例】
【００４９】
以下、本発明の効果を確認するために行った実施例について説明する。但し、以下に説明する実施例によって、本発明の技術的範囲は何ら限定解釈されることはない。
【００５０】
（実施例１）
本実施例は、図１に示す水処理システムを用いて実際に水を処理した実施例１である。
処理前の水質、１次塩素酸化の二酸化塩素の添加量、２次塩素酸化の二酸化塩素とマンガン系濾過材活性化保護の次亜塩素酸ナトリウムの併用添加量、並びに処理後の水質の結果を下記の表３に示す。
【表３】
【００５１】
（比較例１）
本比較例は、実施例１と比較して、濾過装置６前で二酸化塩素を添加する２次塩素酸化を行わなかった比較例１である。試験結果は、上記表３に示す。
【００５２】
（比較例２）
本比較例は、実施例１と比較して、マンガン系濾過材活性化保護の次亜塩素酸ナトリウムを添加しなかった比較例２である。試験結果は、上記表３に示す。
【００５３】
（比較例３）
本比較例は、図２に示す従来の水処理システムを用いて水を処理した比較例３である。
すなわち、二酸化塩素の添加は行わず、凝集槽２で次亜塩素酸ナトリウムを添加した比較例３である。試験結果は、上記表３に示す。
【００５４】
表３の結果から明らかなように、凝集槽２でのみ酸化剤を添加した比較例３と比較すれば、凝集槽２と濾過装置６前で酸化剤を添加した比較例１及び比較例２の方が処理後の水質は良好である。しかし、濾過装置６前で二酸化塩素と次亜塩素酸ナトリウムの併用添加を行った実施例１と比較すれば、Ｍｎ，Ｆｅ，濁質の除去率の違いは格段に低いことが分かる。Ｍｎについては、目標とする０．０１ｍｇ／ｌ以下を達成している。
【００５５】
（実施例２〜５）
本実施例は、次亜塩素酸ナトリウムの添加量を３ｍｇ／ｌと一定にし、併用添加する二酸化塩素の添加量を変化（０．０５ｍｇ／ｌ，０．１ｍｇ／ｌ，０．５ｍｇ／ｌ，１ｍｇ／ｌ）させたことを除けば上記実施例１と同じ処理を行った実施例２〜５である。試験の結果を表４に示す。
【表４】
【００５６】
（実施例６〜９）
本実施例は、２次塩素酸化の二酸化塩素の添加量を０．２５ｍｇ／ｌと一定にし、併用添加する次亜塩素酸ナトリウムの添加量を変化（０．０５ｍｇ／ｌ，０．１ｍｇ／ｌ，０．５ｍｇ／ｌ，１ｍｇ／ｌ）させたことを除けば上記実施例２〜５と同じ処理を行った実施例６〜９である。試験の結果は、表４に示す。
【００５７】
表４の結果から明らかなように、濾過装置６前で添加する二酸化塩素と次亜塩素酸ナトリウムの添加量によって処理後の水質が変わる。すなわち、二酸化塩素及び次亜塩素酸ナトリウムの添加量には好ましい範囲があることが分かる。そして表４の結果によると、二酸化塩素の添加量の好ましい範囲は、０．１〜０．５ｍｇ／ｌであり、次亜塩素酸ナトリウムの添加量の好ましい範囲は、１〜５ｍｇ／ｌであることが分かる。
【符号の説明】
【００５８】
２ 水処理システム
４ 凝集槽
４３ １次塩素酸化用の二酸化塩素添加手段
４４ １凝集用の凝集剤添加手段
５ 加圧浮上分離装置
６ 濾過装置
６１ 濾過材
６２ マンガン系濾過材
６４ ２次塩素酸化用の二酸化塩素添加手段
６５ 次亜塩素酸塩添加手段
６６ ２凝集用の凝集剤添加手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水処理方法及び水処理システムに関し、特に、不純物として少なくとも溶解性マンガンを含むｐＨ中性領域の水から前記マンガンを除去する水処理方法及び水処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、水中に溶解している金属等の不純物を除去する手法として、酸化剤による金属等の不溶化現象を応用した酸化凝析法、アルカリ剤でｐＨを上昇させることによる難溶化現象を応用したアルカリ凝析法が知られている。
【０００３】
ｐＨが中性領域であって、金属不純物として典型的な鉄を含む水の場合、２価の鉄イオンは中性付近で水に溶解するが、酸化剤による酸化作用で比較的速やかに３価の鉄（例えば、Ｆｅ２Ｏ３）となって不溶化する。さらに、塩素系の酸化剤を使用すれば、ｐＨの影響を殆ど受けることなく、強力な酸化作用を鉄イオンに働かせることができる。そのため、鉄を除去する際には、酸化凝析法を採用するのが一般的である。
【０００４】
しかし、金属不純物としてさらにマンガンを含む場合、マンガンも酸化されて不溶化する特性があるので理論上は酸化凝析法で除去することが可能である。しかしながら、鉄に比べてマンガンはｐＨ中性領域で酸化され難いため、上記酸化凝析法のみでは充分にマンガンを除去できないのが実情である。その対応策の一つとして、除マンガン用の濾過材による接触酸化現象を利用した除マンガン方法が検討され、報告されている（例えば、特許文献１〜４）。
【０００５】
これら文献１〜４には、酸化マンガンを担持、或いはコーティングさせた除マンガン用の濾過材を用い、予め塩素系酸化剤を添加した被処理水を前記濾過材に通水することによって、マンガンを接触酸化分離することが開示されている。塩素系酸化剤としては、次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ），二酸化塩素（ＣｌＯ２），塩素（Ｃｌ２）などが記載されている（特に、文献３参照）。
【０００６】
上記文献のうち、文献２〜４には、溶解性マンガン及び典型的な不純物である鉄を含む被処理水から、除マンガン及び除鉄を行う装置及びその方法が開示されている。
【０００７】
文献２には、塩素系酸化剤を添加して鉄を酸化析出させ、さらに余剰の酸化剤を利用してマンガン砂による接触酸化を行ってマンガンを析出させ、析出した鉄及びマンガンを分離膜で濾過して除去することが記載されている。しかし、文献２の方法では、析出した不溶性の鉄（特に、水酸化鉄）がマンガン砂を通過する際に付着して短時間で通水抵抗を増加させる要因となる。
【０００８】
そのためか、文献３には、塩素系酸化剤を用いてマンガンを除去する場合において、鉄や濁質が被処理水に含まれている場合には、前段に酸化処理を含む凝集沈殿処理または加圧浮上処理が必要になることが指摘されている。また文献４は、空気酸化によって鉄を酸化させて濾過分離する手段を、前段に設けることが記載されている。
【０００９】
文献３の記載に基づいて、酸化処理を含む加圧浮上分離装置を追加した場合の水処理システム１の構成は、図２のようになる。すなわち、例えば、鉄，マンガン及び濁質を含む被処理水に対して塩素系酸化剤と凝集剤を添加して撹拌する凝集槽１０と、凝集によってフロック化させた不溶性成分を分離する加圧浮上分離装置１１と、余剰の酸化剤を利用してマンガン砂１２による接触酸化を行う濾過装置１３を備えた構成となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特公平３−３６５９３号公報
【特許文献２】特開２００３−２２０３９４号公報（図１，段落0004）
【特許文献３】特開２００７−７５７８０号公報（段落0004−0006，0020）
【特許文献４】特許第３８１４２６３号公報（請求項１，段落0018）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、ｐＨが中性領域（本明細書では、ｐＨが５．０〜６．５の範囲を「ｐＨ中性領域」と称す）の被処理水である場合、かかるｐＨ領域では接触酸化効果が低く、図２に示すようなマンガン砂による接触酸化法では、十分にマンガンを除去することができないのが実情である。
【００１２】
例えば水処理として典型的な排水処理の場合、処理後の水は河川等に放流等することから、規定の水質基準を満たす程度に無害化できていればよかった。この視点でみれば、従来の方法でも十分にマンガンを除去できたと言える。しかしながら近年においては、ＩＳＯ１４０００に代表される環境アセスメントが推進されており、これまでにない高い除去率を達成しなければ、十分に除去できたとは言えなくなってきている。将来において変わるかもしれないが、現状では０．０１ｍｇ／ｌ以下のレベルにまでマンガンを除去することが望まれている。
【００１３】
また、塩素系酸化剤として典型的な次亜塩素酸ナトリウムを用いた場合、被処理水にアンモニアが含まれていると該アンモニアの分解に次亜塩素酸ナトリウムが消費されるので、高濃度の添加によって薬剤のコスト負担ばかりでなく後段の設備等に障害が生じ、且つ産業廃棄物の処分量が増加することが懸念される。
【００１４】
本発明が解決しようとする課題は、上述の問題が一例として挙げられる。すなわち、本発明は、かかる事情に基づいてなされたものであり、その目的は、不純物として少なくとも溶解性マンガンを含むｐＨ中性領域の水から塩素系酸化剤を用いて該マンガンを除去するにあたり、高い除去率でマンガンを除去することのできる水処理方法及び水処理システムを提供することにある。かかるマンガンの除去率としては、例えば０．０１ｍｇ／ｌ以下のレベルにまで除去することが一例として挙げられる。
【００１５】
また、本発明の他の目的は、高い除去率でマンガンを除去するのみならず、例えば不純物として典型的な鉄や濁質を含む場合であっても、マンガン除去効率に影響を与えることなくこれらも除去可能な水処理方法及び水処理システムを提供することにある。
【００１６】
さらに、本発明の他の目的は、薬剤の使用量を抑えることによって、薬剤コストの低減を図ること、および被処理水中の塩素濃度を低減することで、後段設備の腐食を抑制すると共に産業廃棄物量の削減を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の水処理方法は、不純物として少なくとも溶解性マンガンを含有する、ｐＨ中性領域の水を処理する方法において、マンガンが完全に酸化されない程度で被処理水の１次塩素酸化を行う二酸化塩素を添加する工程と、前記被処理水中の非溶解性成分を凝集させるポリ鉄を含む凝集剤を添加する工程と、前記１次塩素酸化及び凝集により生成された非溶解性成分を分離する工程と、前記分離工程の後、マンガンが完全に酸化される程度の２次塩素酸化を行う二酸化塩素と、マンガン系濾過材を活性化保護するための次亜塩素酸塩と、を被処理水に併用添加する工程と、被処理水を第１の濾過材に通水して２次塩素酸化により生成された非溶解性成分を分離した後、マンガン系濾過材を含む第２の濾過材に通水して溶存マンガンを接触酸化分離する工程と、を有することを特徴とする。
【００１８】
すなわち、文献１−４等に開示されているような塩素系酸化剤を用いた従来の除マンガン方法では、添加する塩素酸化剤は一種である。文献３には塩素系酸化剤として次亜塩素酸ナトリウム，二酸化塩素，塩素が例示列挙されているが、添加するのはその中の一種であり、次亜塩素酸ナトリウムが好ましく選択される。これに対し本発明は、二酸化塩素と次亜塩素酸ナトリウムを併用添加して除マンガンを行う新規な技術である。具体的には、酸化力の強い二酸化塩素によりマンガンの凝析を促進させると共に、マンガン系濾過材の活性化保護をする次亜塩素酸塩を併用添加し、２次塩素酸化により生成されたマンガンの非溶解性成分を濾過分離すると共に溶存マンガンを接触酸化分離することにより、ｐＨ中性領域の水であっても高い除去率でマンガンを除去することを可能にしている。
【００１９】
併用添加する二酸化塩素は、マンガンが完全に酸化される程度の塩素酸化が行われるように添加量を制御する。このとき、発明の効果を確実に得るためには、併用添加する二酸化塩素の添加量が０．１ｍｇ／ｌ〜０．５ｍｇ／ｌであり、次亜塩素酸塩の添加量が１ｍｇ／ｌ〜５ｍｇ／ｌであることが好ましい。
【００２０】
さらに、二酸化塩素を２段階で添加する構成とし、１段目の１次塩素酸化では、マンガンが完全に酸化されない程度の塩素酸化を行うように二酸化塩素の添加量を制御する。さらに１次塩素酸化と同時（直前も含む）またはその後で凝集剤を添加し、１次塩素酸化と凝集によって生成される不溶解性成分を、例えば加圧浮上分離装置等を用いて分離する。マンガンが完全に酸化されない程度の塩素酸化を行う二酸化塩素の添加量は、例えば０．１〜０．５ｍｇ／ｌとなるように制御することが好ましい。このような工程を含むことによって、高い除去率でマンガンを除去するのみならず、不純物として典型的な鉄及び／又は濁質を含む場合であってもこれらを高い除去率で除去することができる。
【００２１】
二酸化塩素と次亜塩素酸塩を併用添加する方式においては、前記マンガン系濾過材は、粒子状の基材に二酸化マンガン（ＭｎＯ２）の結晶を担持させた濾過材であることが好ましく、さらに下記に示す特性を有していることが好ましい。
【表１】
【００２２】
また、本発明の水処理システムは、不純物として少なくとも溶解性マンガンを含有する、ｐＨ中性領域の水を処理する水処理システムにおいて、マンガンが完全に酸化されない程度で被処理水の１次塩素酸化を行う二酸化塩素を添加する手段と、被処理水中の非溶解性成分を凝集させるためのポリ鉄を含む凝集剤を添加する手段と、前記１次塩素酸化及び凝集により生成された非溶解性成分を分離するための加圧浮上分離装置と、前記加圧浮上分離装置で処理された後の被処理水に対して、マンガンが完全に酸化される程度の２次塩素酸化を行う二酸化塩素と、マンガン系濾過材を活性化保護するための次亜塩素酸塩と、を併用添加する手段と、前記２次塩素酸化により生成された非溶解性成分を分離するための第１の濾過材と、溶存マンガンを接触酸化分離するためのマンガン系濾過材を含む第２の濾過材を有する濾過装置と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、二酸化塩素と次亜塩素酸塩を併用添加し、第１の濾過材に通水して２次塩素酸化により生成された非溶解性成分を分離した後、マンガン系濾過材を含む第２の濾過材に通水して溶存マンガンを接触酸化分離することにより、ｐＨ中性領域の水であっても、高い除去率で溶解性マンガンを除去することが可能となる。その結果、後段の高度処理設備（例えば、膜分離装置等）の負担を軽減することが可能となる。特に、請求項１に記載した一連の工程を行うようにすれば、高い除去率でマンガンを除去することができ、しかも不純物として典型的な鉄及び／又は濁質も除去することが可能である。
【００２４】
さらに本発明の併用添加によれば、酸化力の強い二酸化塩素によって可能な限り溶解性マンガンを酸化凝析させて濾過分離することができるので、接触酸化に使用する次亜塩素酸塩の添加量を抑制することができる。その結果、薬剤コストを低減することができ、さらに、被処理中の塩素イオン濃度が低減されるので後段の設備（例えば、分離膜装置、エバポレーター等）の腐食を防止することができ、また産業廃棄物量の低減を図ることができる。
【００２５】
特に、２段階で二酸化塩素を添加する方式とし、１次塩素酸化過程で濁質の酸化を行ってこれを分離する工程を含むようにすれば、より確実に次亜塩素酸塩の添加量を抑制することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の好ましい実施形態に従う水処理システムの主要構成を示す図である。
【図２】従来の水処理システムの主要構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の好ましい水処理方法および水処理システムについて、添付図面を参照しながら詳しく説明する。但し、以下に説明する実施形態によって、本発明の技術的範囲は何ら限定解釈されることはない。
【００２８】
図１は、本発明の好ましい実施形態にかかる水処理システムの主要構成を示す図である。このシステムは、例えば排水処理システムとして使用可能であり、例えば溶解性マンガンに加えて、不純物として典型的な溶解性鉄及び／又は濁質を含む工場排水を処理対象とすることができる。勿論、被処理水は工場排水に限定されることはなく、不純物として少なくとも溶解性マンガンを含むｐＨ中性領域の水であれば、全て適用することが可能である。さらに、溶解性マンガンは被処理水に元々含まれている場合のみだけでなく、例えば処理過程で添加する薬剤から混入する場合（すなわち、薬剤が不純物としてマンガンを含む場合）もある。
【００２９】
図１に示す本実施形態の水処理システム２は、生物処理装置３、凝集装置４、加圧浮上分離装置５、濾過装置６を備えている。生物処理装置３及び加圧浮上分離装置５は、従来より排水処理に用いられている装置を使用することができる。これら装置は、従来より排水処理システムにおいて広く採用されている装置であるので内部構造等の詳しい説明は省略する。
【００３０】
凝集装置４は、図１に示すように、撹拌手段４１を具備した撹拌槽４２を使用することができる。撹拌手段４１としては、駆動機によって撹拌羽根が回動する撹拌機が一例として挙げられる。さらに、凝集装置４は、被処理水を１次塩素酸化するための二酸化塩素を添加する手段４３と、被処理水中の不溶性成分を１次凝集するための凝集剤を添加する手段４４を付帯的に備えている。これら添加手段４３，４４は、供給源（不図示）と連通する流路（例えば、配管等）を通じて二酸化塩素及び凝集剤を凝集槽４２内に供給するように構成されており、添加量を調節する手段（例えば、バルブ等）を備えている。なお、撹拌手段４１および撹拌槽４２に代えて、ラインミキサーなどの公知の撹拌手段によって凝集装置を構成することも可能である。
【００３１】
本実施形態において、１次塩素酸化は、マンガンが完全に酸化されない程度で被処理水の塩素酸化が行われるように二酸化塩素を添加する。ここで、「マンガンが完全に酸化されない程度で１次塩素酸化する」とは、好ましくは、マンガン酸化による原水色度の変化が起きない程度であることを意味するものと理解される。より具体的には、被処理水１リットルあたりの二酸化塩素の量（ｍｇ）が、０．１〜０．５ｍｇ／ｌとなるように添加するのが好ましい。なお、二酸化塩素は、例えば水溶液の状態で添加してもよく、あるいは気体状態で添加するようにしてもよい。
【００３２】
また、凝集剤としては、ポリ鉄（化学名；ポリ硫酸第二鉄）を添加することが挙げられる。但し、ポリ鉄のみに制限されることはなく、ＰＡＣ（化学名；ポリ塩化アルミニム）、硫酸バンド（化学名；硫酸アルミニウム）などの無機凝集剤、ポリアクリルアミド系の有機凝集剤、などの１種以上を添加することもできる。
【００３３】
なお、凝集剤は、主として１次塩素酸化による被処理水中の濁質（例えば、有機汚濁物質）を凝集させる役割があり、これを分離除去することによって、被処理水の不純物として含有するＴＯＣ（Total Organic Carbon：全有機炭素）を下げることができる。従って、凝集剤は、二酸化塩素と同時（直前も含む）あるいはその後で添加されることが好ましい。
【００３４】
続いて濾過装置６について説明する。濾過装置６は、被処理水中の非溶解性成分を濾過分離する濾過材６１、被処理水中のマンガンを接触酸化分離するマンガン系濾過材６２、及び濾過砂利６３が積層された濾過層を有する。このとき、濾過材６１、マンガン系濾過材６２、濾過砂利６３の順に通過するように、被処理水を通水する。通水方式は、重力式であってもよく、またはポンプ等による加圧式であってもよい。
【００３５】
濾過材６１は、マンガン系濾過材６２で溶存マンガンを接触酸化する前に、非溶解性成分を濾過分離するための濾過層を形成している。ここで濾過分離しようとする非溶解性成分は２次塩素酸化により生成される鉄，マンガンの非溶解性成分であるが、加圧浮上分離装置５で除去しきれなかった非溶解性成分もここで濾過分離することができる。そのような濾過材６１としては、アンスラサイトが好ましい一例として挙げられる。また濾過砂利６３は、濾過材及びマンガン系濾過材の支持層となるものであり、また、逆洗を均等に行うための役割を有する。但し、濾過砂利６３は、複数の通水孔を有する支持部材で代替することも可能である。さらに、濾過材６１及び濾過砂利６３は、公知のものを使用することができる。
【００３６】
濾過装置６は、被処理水を２次塩素酸化するための二酸化塩素を添加する手段６４と、マンガン系濾過材６２を活性化保護するための次亜塩素酸塩を添加する手段６５と、被処理水中に残存する不溶性成分を２次凝縮するための凝集剤を添加する手段６６と、を付帯的に備えている。これら添加手段６４，６５，６６は、供給源（不図示）と連通する流路（例えば、配管等）を通じて二酸化塩素及び次亜塩素酸塩並びに凝集剤を被処理水に添加するように構成されており、添加量を調節する手段（例えば、バルブ等）を備えている。図１には、好ましい例として、加圧浮上分離装置５と濾過装置６を連結する被処理水の流路（例えば、配管）にこれらを供給する構成を示してある。但し、供給場所は、図１に示す位置に限定されることはない。
【００３７】
本実施形態において、２次塩素酸化は、マンガンが完全に酸化される程度で被処理水の塩素酸化が行われるように二酸化塩素を添加する。ここで、「マンガンが完全に酸化される程度で２次塩素酸化する」とは、好ましくは、被処理水中のマンガン濃度が０．０１ｍｇ／ｌ以下であることを意味するものと理解される。より具体的には、被処理水１リットルあたりの二酸化塩素の量（ｍｇ）が、０．１〜０．５ｍｇ／ｌとなるように添加するのが好ましい。二酸化塩素は、例えば水溶液の状態で添加してもよく、あるいは気体状態で添加するようにしてもよい。
【００３８】
マンガン系濾過材６２を活性化保護するための次亜塩素酸塩の添加量は、使用するマンガン系濾過材６２の特性によって最適量は変わるので、その特性に応じて適宜調節するのが好ましい。一例として、後述の特性を有する本実施形態のマンガン系濾過材６２の場合、好ましい添加量は、好ましくは１〜５ｍｇ／ｌ、さらに好ましくは２〜４ｍｇ／ｌである。また、次亜塩素酸塩としては、次亜塩素酸ナトリウムが好ましいが、次亜塩素酸カリウムなどの他の塩を使用することも可能である。次亜塩素酸塩は、例えば水溶液の状態で添加することができる。
【００３９】
２次凝集に用いる凝集剤としては、ポリ鉄（化学名；ポリ硫酸第二鉄）を添加することが挙げられる。但し、ポリ鉄のみに制限されることはなく、ＰＡＣ（化学名；ポリ塩化アルミニム）、硫酸バンド（化学名；硫酸アルミニウム）などの無機凝集剤、ポリアクリルアミド系の有機凝集剤、などの１種以上を添加することもできる。１次凝集と２次凝集に用いる凝集剤は、同種であってもよく、異種であってもよい。
【００４０】
マンガン系濾過材６２としては、粒子状の基材に二酸化マンガン（ＭｎＯ２）の結晶を担持させた濾過材を使用する。本実施形態のように二酸化塩素と次亜塩素酸塩を併用添加する場合、マンガン系濾過材６２が下記に示す特性を有していることが好ましい。
【表２】
【００４１】
なお２次凝集剤は、主として２次塩素酸化によって凝析される鉄，マンガンの非溶解性成分を凝集してフロック化する役割があることから、２次塩素酸化用の二酸化塩素と同時（直前も含む）あるいはその後で添加されることが好ましい。さらに、撹拌性を向上させるためにラインミキサーなどの撹拌手段を追加することも可能である。
【００４２】
上述のような水処理システム２を用いて、被処理水を処理する手順について説明する。例えば工場排水の場合、生物処理後の特性としては、一例としてｐＨが５．０〜６．５の中性領域であり、マンガン濃度が１．０〜２．０ｍｇ／ｌであり、鉄濃度が０．５〜１．５ｍｇ／ｌであり、濁度が４．０〜１０．０度が挙げられる。
【００４３】
前述の被処理水に対して、凝集装置４で二酸化塩素と凝集剤を規定量添加して一次塩素酸化と１次凝集を行う。これにより、濁質中の有機物を塩素酸化する。さらに、被処理中に元々含まれていた非溶解性成分及び１次塩素酸化によって生成された非溶解性成分を凝集してフロック化する。
【００４４】
続いて、被処理水を加圧浮上分離装置５に供給するが、このとき空気等の気体を加圧溶解させた加圧水と共に装置内に供給する。そして装置内で加圧状態を解除することによって気泡を発生させ、この気泡のリフト作用を利用してフロックを浮上させる。浮上したフロックは、スカム分離手段５１によって掻き集めて除去する。一方、フロックが分離された被処理水は、装置から排出される。
【００４５】
続いて、濾過装置６へ供給する前に、二酸化塩素及び次亜塩素酸塩並びに凝集剤を規定量添加して２次塩素酸化と２次凝集を行う。これにより、マンガンをできる限り酸化凝析して非溶解性成分（例えば、ＭｎＯ２）とし、さらに加圧浮上分離装置５で除去しきれなかった非溶解性成分及び２次塩素酸化によって生成された非溶解性成分を凝集してフロック化する。
【００４６】
濾過装置６内では、まず濾過材６１を通過することで非溶解性成分が濾過分離され、次いでマンガン系濾過材６２を通過する際に添加した次亜塩素酸塩を消費しながら溶存マンガンが接触酸化されて濾過分離される。そして濾過砂利６３を通過して装置外に排出される。濾過工程を経た処理水は、マンガン濃度が０．０１〜０．００１ｍｇ／ｌであり、鉄濃度が０．１〜０．０１ｍｇ／ｌであり、濁質が０．１〜０．００度にまで浄化される。処理水は、さらに後段の高度処理設備（例えばＲＯ膜分離装置など）に送られて処理される。また、定期的に濾過装置６を逆洗するときの洗浄水としても使用される。
【００４７】
上述の実施形態によれば、２次塩素酸化させるための二酸化塩素と濾材を活性化保護するための次亜塩素酸塩を併用添加し、濾過材６１とマンガン系濾過材６２を有する濾過装置６に通水することにより、ｐＨ中性領域の水であっても、高い除去率で溶解性マンガンを除去することが可能となる。その結果、後段の高度処理設備の負担を軽減することが可能となる。特に、二酸化塩素による１次塩素酸化で生成させた非溶解性成分を加圧浮上分離装置５で粗除去するようにすれば、濁質を高い除去率で除去することが可能である。
【００４８】
さらに上述の実施形態によれば、酸化力の強い二酸化塩素によって可能な限り溶解性マンガンを酸化凝析させて濾過分離することができるので、接触酸化に使用する次亜塩素酸塩の添加量を、従来に比べて低減させることができる。その結果、薬剤コストを低減することができ、さらに、被処理中の塩素イオン濃度が低減されるので後段の設備（例えば、分離膜装置、エバポレーター等）の腐食を防止することができ、また産業廃棄物量の低減を図ることができる。特に、２段階で二酸化塩素を添加する方式とし、１次塩素酸化過程で濁質の酸化を行ってこれを加圧浮上分離装置等で除去する工程を含むようにすれば、より確実に次亜塩素酸塩の添加量を抑制することが可能である。
【実施例】
【００４９】
以下、本発明の効果を確認するために行った実施例について説明する。但し、以下に説明する実施例によって、本発明の技術的範囲は何ら限定解釈されることはない。
【００５０】
（実施例１）
本実施例は、図１に示す水処理システムを用いて実際に水を処理した実施例１である。
処理前の水質、１次塩素酸化の二酸化塩素の添加量、２次塩素酸化の二酸化塩素とマンガン系濾過材活性化保護の次亜塩素酸ナトリウムの併用添加量、並びに処理後の水質の結果を下記の表３に示す。
【表３】
【００５１】
（比較例１）
本比較例は、実施例１と比較して、濾過装置６前で二酸化塩素を添加する２次塩素酸化を行わなかった比較例１である。試験結果は、上記表３に示す。
【００５２】
（比較例２）
本比較例は、実施例１と比較して、マンガン系濾過材活性化保護の次亜塩素酸ナトリウムを添加しなかった比較例２である。試験結果は、上記表３に示す。
【００５３】
（比較例３）
本比較例は、図２に示す従来の水処理システムを用いて水を処理した比較例３である。
すなわち、二酸化塩素の添加は行わず、凝集槽２で次亜塩素酸ナトリウムを添加した比較例３である。試験結果は、上記表３に示す。
【００５４】
表３の結果から明らかなように、凝集槽２でのみ酸化剤を添加した比較例３と比較すれば、凝集槽２と濾過装置６前で酸化剤を添加した比較例１及び比較例２の方が処理後の水質は良好である。しかし、濾過装置６前で二酸化塩素と次亜塩素酸ナトリウムの併用添加を行った実施例１と比較すれば、Ｍｎ，Ｆｅ，濁質の除去率の違いは格段に低いことが分かる。Ｍｎについては、目標とする０．０１ｍｇ／ｌ以下を達成している。
【００５５】
（実施例２〜５）
本実施例は、次亜塩素酸ナトリウムの添加量を３ｍｇ／ｌと一定にし、併用添加する二酸化塩素の添加量を変化（０．０５ｍｇ／ｌ，０．１ｍｇ／ｌ，０．５ｍｇ／ｌ，１ｍｇ／ｌ）させたことを除けば上記実施例１と同じ処理を行った実施例２〜５である。試験の結果を表４に示す。
【表４】
【００５６】
（実施例６〜９）
本実施例は、２次塩素酸化の二酸化塩素の添加量を０．２５ｍｇ／ｌと一定にし、併用添加する次亜塩素酸ナトリウムの添加量を変化（０．０５ｍｇ／ｌ，０．１ｍｇ／ｌ，０．５ｍｇ／ｌ，１ｍｇ／ｌ）させたことを除けば上記実施例２〜５と同じ処理を行った実施例６〜９である。試験の結果は、表４に示す。
【００５７】
表４の結果から明らかなように、濾過装置６前で添加する二酸化塩素と次亜塩素酸ナトリウムの添加量によって処理後の水質が変わる。すなわち、二酸化塩素及び次亜塩素酸ナトリウムの添加量には好ましい範囲があることが分かる。そして表４の結果によると、二酸化塩素の添加量の好ましい範囲は、０．１〜０．５ｍｇ／ｌであり、次亜塩素酸ナトリウムの添加量の好ましい範囲は、１〜５ｍｇ／ｌであることが分かる。
【符号の説明】
【００５８】
２ 水処理システム
４ 凝集槽
４３ １次塩素酸化用の二酸化塩素添加手段
４４ １凝集用の凝集剤添加手段
５ 加圧浮上分離装置
６ 濾過装置
６１ 濾過材
６２ マンガン系濾過材
６４ ２次塩素酸化用の二酸化塩素添加手段
６５ 次亜塩素酸塩添加手段
６６ ２凝集用の凝集剤添加手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
不純物として少なくとも溶解性マンガンを含有する、ｐＨ中性領域の水を処理する方法において、
マンガンが完全に酸化されない程度で被処理水の１次塩素酸化を行う二酸化塩素を添加する工程と、
前記被処理水中の非溶解性成分を凝集させるポリ鉄を含む凝集剤を添加する工程と、
前記１次塩素酸化及び凝集により生成された非溶解性成分を分離する工程と、
前記分離工程の後、マンガンが完全に酸化される程度の２次塩素酸化を行う二酸化塩素と、マンガン系濾過材を活性化保護するための次亜塩素酸塩と、を被処理水に併用添加する工程と、
被処理水を第１の濾過材に通水して２次塩素酸化により生成された非溶解性成分を分離した後、マンガン系濾過材を含む第２の濾過材に通水して溶存マンガンを接触酸化分離する工程と、
を有することを特徴とする水処理方法。
【請求項２】
マンガンが完全に酸化される程度の２次塩素酸化を行う二酸化塩素の添加量は、０．１ｍｇ／ｌ〜０．５ｍｇ／ｌであり、マンガン系濾過材を活性化保護するための次亜塩素酸塩の添加量は、１ｍｇ／ｌ〜５ｍｇ／ｌであることを特徴とする請求項１に記載の水処理方法。
【請求項３】
マンガンが完全に酸化されない程度で塩素酸化する二酸化塩素の添加量は、０．１ｍｇ／ｌ〜０．５ｍｇ／ｌであることを特徴とする請求項１又は２に記載の水処理方法。
【請求項４】
前記二酸化塩素及び次亜塩素酸塩の併用添加と共に、被処理水中の非溶解性成分を凝集させるポリ鉄を含む凝集剤を添加する第２凝集工程を、さらに含むことを特徴とする請求項１に記載の水処理方法。
【請求項５】
前記非溶解性成分は有機汚濁物質を含み、当該有機汚濁物質を除去することで被処理水中に不純物として含有するＴＯＣを下げることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の水処理方法。
【請求項６】
不純物として少なくとも溶解性マンガンを含有する、ｐＨ中性領域の水を処理する水処理システムにおいて、
マンガンが完全に酸化されない程度で被処理水の１次塩素酸化を行う二酸化塩素を添加する手段と、
被処理水中の非溶解性成分を凝集させるためのポリ鉄を含む凝集剤を添加する手段と、
前記１次塩素酸化及び凝集により生成された非溶解性成分を分離するための加圧浮上分離装置と、
前記加圧浮上分離装置で処理された後の被処理水に対して、マンガンが完全に酸化される程度の２次塩素酸化を行う二酸化塩素と、マンガン系濾過材を活性化保護するための次亜塩素酸塩と、を併用添加する手段と、
前記２次塩素酸化により生成された非溶解性成分を分離するための第１の濾過材と、溶存マンガンを接触酸化分離するためのマンガン系濾過材を含む第２の濾過材を有する濾過装置と、
を備えたことを特徴とする水処理システム。
【請求項７】
マンガンが完全に酸化される程度の２次塩素酸化を行う二酸化塩素の添加量が０．１ｍｇ／ｌ〜０．５ｍｇ／ｌとなるように、及び、マンガン系濾過材を活性化保護するための次亜塩素酸塩の添加量が１ｍｇ／ｌ〜５ｍｇ／ｌとなるように、二酸化塩素及び次亜塩素酸塩の添加量を制御する手段を、さらに備えたことを特徴とする請求項６に記載の水処理システム。
【請求項８】
前記第１の濾過材は、前記２次塩素酸化により生成された非溶解性成分を分離するためのアンスラサイトであり、前記第２の濾過材のマンガン系濾過材は、粒子状の基材に二酸化マンガン（ＭｎＯ２）の結晶を担持させた濾過材であることを特徴とする請求項６又は７に記載の水処理システム。
【請求項１】
不純物として少なくとも溶解性マンガンを含有する、ｐＨ中性領域の水を処理する方法において、
マンガンが完全に酸化されない程度で被処理水の１次塩素酸化を行う二酸化塩素を添加する工程と、
前記被処理水中の非溶解性成分を凝集させるポリ鉄を含む凝集剤を添加する工程と、
前記１次塩素酸化及び凝集により生成された非溶解性成分を分離する工程と、
前記分離工程の後、マンガンが完全に酸化される程度の２次塩素酸化を行う二酸化塩素と、マンガン系濾過材を活性化保護するための次亜塩素酸塩と、を被処理水に併用添加する工程と、
被処理水を第１の濾過材に通水して２次塩素酸化により生成された非溶解性成分を分離した後、マンガン系濾過材を含む第２の濾過材に通水して溶存マンガンを接触酸化分離する工程と、
を有することを特徴とする水処理方法。
【請求項２】
マンガンが完全に酸化される程度の２次塩素酸化を行う二酸化塩素の添加量は、０．１ｍｇ／ｌ〜０．５ｍｇ／ｌであり、マンガン系濾過材を活性化保護するための次亜塩素酸塩の添加量は、１ｍｇ／ｌ〜５ｍｇ／ｌであることを特徴とする請求項１に記載の水処理方法。
【請求項３】
マンガンが完全に酸化されない程度で塩素酸化する二酸化塩素の添加量は、０．１ｍｇ／ｌ〜０．５ｍｇ／ｌであることを特徴とする請求項１又は２に記載の水処理方法。
【請求項４】
前記二酸化塩素及び次亜塩素酸塩の併用添加と共に、被処理水中の非溶解性成分を凝集させるポリ鉄を含む凝集剤を添加する第２凝集工程を、さらに含むことを特徴とする請求項１に記載の水処理方法。
【請求項５】
前記非溶解性成分は有機汚濁物質を含み、当該有機汚濁物質を除去することで被処理水中に不純物として含有するＴＯＣを下げることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の水処理方法。
【請求項６】
不純物として少なくとも溶解性マンガンを含有する、ｐＨ中性領域の水を処理する水処理システムにおいて、
マンガンが完全に酸化されない程度で被処理水の１次塩素酸化を行う二酸化塩素を添加する手段と、
被処理水中の非溶解性成分を凝集させるためのポリ鉄を含む凝集剤を添加する手段と、
前記１次塩素酸化及び凝集により生成された非溶解性成分を分離するための加圧浮上分離装置と、
前記加圧浮上分離装置で処理された後の被処理水に対して、マンガンが完全に酸化される程度の２次塩素酸化を行う二酸化塩素と、マンガン系濾過材を活性化保護するための次亜塩素酸塩と、を併用添加する手段と、
前記２次塩素酸化により生成された非溶解性成分を分離するための第１の濾過材と、溶存マンガンを接触酸化分離するためのマンガン系濾過材を含む第２の濾過材を有する濾過装置と、
を備えたことを特徴とする水処理システム。
【請求項７】
マンガンが完全に酸化される程度の２次塩素酸化を行う二酸化塩素の添加量が０．１ｍｇ／ｌ〜０．５ｍｇ／ｌとなるように、及び、マンガン系濾過材を活性化保護するための次亜塩素酸塩の添加量が１ｍｇ／ｌ〜５ｍｇ／ｌとなるように、二酸化塩素及び次亜塩素酸塩の添加量を制御する手段を、さらに備えたことを特徴とする請求項６に記載の水処理システム。
【請求項８】
前記第１の濾過材は、前記２次塩素酸化により生成された非溶解性成分を分離するためのアンスラサイトであり、前記第２の濾過材のマンガン系濾過材は、粒子状の基材に二酸化マンガン（ＭｎＯ２）の結晶を担持させた濾過材であることを特徴とする請求項６又は７に記載の水処理システム。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１０−１５８６１５（Ｐ２０１０−１５８６１５Ａ）
【公開日】平成２２年７月２２日（２０１０．７．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７８５（Ｐ２００９−１７８５）
【出願日】平成２１年１月７日（２００９．１．７）
【出願人】（３９１０２３４１５）株式会社アサカ理研 (6)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月２２日（２０１０．７．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月７日（２００９．１．７）
【出願人】（３９１０２３４１５）株式会社アサカ理研 (6)
【Ｆターム（参考）】
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